IEC 61850: standardi osad ja eelised

Digitaaltehnoloogia arenguga ei jää elektrotehniliste seadmete tootjad kõrvale. Vaatamata rahvusvahelise ISO klassifikatsiooni olemasolule on Venemaa välja töötanud oma standardi IEC 61850, mis vastutab alajaama süsteemide ja võrkude eest.

Natuke ajalugu

Arvutitehnoloogia areng ei ole elektrivõrkude haldamise süsteemi säästnud. Üldtunnustatud IEC 61850 standard võeti algselt kasutusele aastal 2003, kuigi katsed rakendada süsteeme selle alusel viidi läbi juba eelmise sajandi 60. aastatel.

Selle põhiolemus on piiratud elektrivõrkude haldamise eriprotokollide kasutamisega. Praegu nende baasil ja jälgides kõigi seda tüüpi võrkude toimimist.

Kui varem keskenduti peamiselt elektrienergia juhtimiseks kasutatavate arvutisüsteemide täiustamisele, siis muudeti IEC 61850 vormis eeskirjade, standardite ja protokollide kasutuselevõtt. Selle GOSTi põhieesmärk oli jälgida, et õigeaegselt tuvastada probleemid vastavate seadmete töös.

IEC 61850 protokoll ja selle analoogid

Protokollit kasutati kõige enam 1980. aastate keskel. Seejärel kasutati esimest katsetatud versiooni IEC 61850-1, IEC 60870-5 versioonide 101, 103 ja 104, DNP3 ja Modbus versioone, mis osutusid täiesti võimatuks.

Ja see oli algne areng, mis oli aluseks kaasaegse UCA2 protokollile, mida 1990. aastate keskel edukalt rakendati Lääne-Euroopas.

Kuidas see toimib

Peaaegu funktsionaalsuse küsimuses tasub selgitada, milline on IEC 61850 protokoll, mis käsitleb "mannekeeni" (inimesi, kes mõistavad ainult töö põhitõdesid ja arusaamist arvuti-seadmetega suhtlemise põhimõtetest).

Põhimõtteks on see, et alajaamas või elektrijaamas on paigaldatud mikroprotsessori kiip, mis võimaldab andmete edastamist kogu süsteemi seisundile otse baaskontrolli teostanud keskterminali.

Andmeedastus, mida pakub IEC 61850, toimub kiire ühendusega. Üldjoontes on kiip ühendatud lähima LAN-iga.

DAS (Data Acquisition System) kasutab vähemalt 64-bitist edastust koos vajalike andmete krüpteerimisalgoritmidega .

Nagu näitab praktika, on need süsteemid siiski üsna haavatavad. Vaadates Ameerika filme, kui üks episood lülitab välja kogu kvartali toiteallika? Siin see on! IEC 61850 protokollil põhinevate elektrivõrkude haldamist saab koordineerida mis tahes välise allikaga (seda mõistetakse ka edaspidi). Vahepeal kaaluge põhilisi süsteeminõudeid.

Standard P IEC 61850: nõuded kommunikatsioonisüsteemidele

Kui varem oli mõeldav, et signaal tuleks telefoniliini kaudu edastada, on täna sidevahendid kaugele jõudnud. Integreeritud kiibid on võimelised edastama 64 Mbps võrra, olles täiesti sõltumatud standardsete ühendusteenuste pakkujatest.

Kui me kaalume IEC 61850 standardit "mannekeenide" jaoks, siis selgitus tundub üsna lihtne: toiteploki kiip kasutab oma andmeedastuse protokolli, mitte standardseid TCP / IP standardeid. Aga see pole veel kõik.

Standard ise on turvaline ühendus IEC 61850 andmete edastamise protokolliga. Teisisõnu, ühendus sama Internetti, raadiovõrku jne toimub väga spetsiifilisel viisil. Seadetes kasutatakse reeglina puhverserveri parameetreid, sest need on need, mis on kõige turvalisemad (isegi virtuaalsed).

Üldine kohaldamisala

On selge, et vastavalt standardi GOST IEC 61850 nõuetele ei ole võimalik seda tüüpi seadmeid tavapärases trafos karbis paigaldada (seal ei ole lihtsalt arvutit kiipide jaoks).

Samal ajal ei toimi ka selline seade. Selleks on vaja vähemalt esialgset BIOS-i sisend-väljundsüsteemi, samuti vastavat andmeedastuse kommunikatiivset mudelit (traadita võrk, juhtmega turvaline ühendus jne).

Kuid avaliku või kohaliku elektrivõrgu juhtimiskeskuses saate juurdepääsu peaaegu kõikidele elektrijaamade funktsioonidele. Näiteks, kuigi mitte kõige paremini, võite tuua filmi "Maa tuum" (The Core), kui häkker hoiab ära meie planeedi surma, destabiliseerides energiaallika, mis toidab Maa tuumapõhja "varutud" versiooni .

Kuid see on puhas väljamõeldis, tõenäolisem isegi virtuaalne kinnitus IEC 61850 nõuete kohta (kuigi seda ei mainita otseselt). Siiski näeb IEC 61850 kõige primaarsem emuleerimine täpselt sellist. Kuid kui palju katastroofe oleks võimalik vältida?

Tšernobõli tuumaelektrijaama neljas energiaüksus, kui see oleks varustatud standardile vastavate diagnostikavahenditega, vähemalt IEC 61850-1, ei pruugi plahvatada. Ja alates 1986. Aastast on jäänud alles ainult ära toimuvaid vilju.

Kiirgus - see on nii, et see toimib salaja. Esimestel päevadel, kuudel või aastatel ei pruugi kiirgushaiguse nähud ilmneda, rääkimata uraani ja plutooniumi poolestusaastatest, millest mõned täna pööravad tähelepanu. Kuid sama Geigeri loendurite integreerimine elektrijaamas võib oluliselt vähendada selle tsooni olemasolu ohtu. Muide, protokoll ise võimaldab selliseid andmeid edastada asjaomase kompleksi riistvaratarkvara tasandil.

Meetod modelleerimiseks ja ümberkujundamiseks tõelistesse protokollidesse

Selleks, et lihtsamalt mõista näiteks standardi IEC 61850-9-2 toimimist, on oluline öelda, et ükski rauast traat ei suuda kindlaks määrata edastatud andmete suunda. See tähendab, et meil on vaja asjakohast repiiterit, mis suudab edastada andmeid süsteemi seisundi kohta ja krüptitud kujul.

Nagu selgub, on signaali vastuvõtmine üsna lihtne. Kuid siin, et vastuvõttev seade seda luges ja dekrüpteeris, on vaja higistada. Tegelikult tuleb sissetuleva signaali dešifreerida, näiteks algsel tasemel IEC 61850-2 alusel, siis peate kasutama visualiseerimise süsteeme nagu SCADA ja P3A.

Kuid põhinedes asjaolule, et see süsteem kasutab traadiga suhtlemist, on peamised protokollid GOOSE ja MMS (seda ei tohi segi ajada mobiilsete sõnumitega). Selle konverteerimisstandardi IEC 61850-8 abil saadakse järjepidev MMS-i esimene kasutus, millele järgneb GOOSE, mis lõpuks võimaldab kuvada teavet P3A-tehnoloogia kohta.

Alajaama konfiguratsiooni põhitüübid

Igas alajaamas, kus seda protokolli kasutatakse, peab olema vähemalt minimaalne andmeedastusvahend. Esiteks puudutab see võrku ühendatud väga füüsilist seadet. Teiseks peab igal sellisel koondandmel olema üks või mitu loogilist moodulit.

Sellisel juhul on seade ise võimeline täitma rummu, lüüsi või isegi teabe edastamiseks mingit vahendajat. Loogilised sõlmed omavad kitsast fookust ja jagunevad järgmistesse klassidesse:

• "A" - automatiseeritud juhtimissüsteemid;
• "M" - mõõtesüsteemid;
• "C" - telemeetria kontroll;
• "G" - üldfunktsioonide ja seadete moodulid;
• "I" - ühenduse loomise viis ja andmete arhiveerimiseks kasutatavad meetodid;
• "L" - loogilised moodulid ja süsteemi sõlmed;
• "P" - kaitse;
• "R" - seotud kaitseseadmed;
• "S" - andurid;
• «T» - mõõtetrafod;
• "X" - plokk-kontakti lülitusseadmed;
• "Y" - toite tüüpi trafod;
• "Z" - kõik muu, mis ei kuulu eespool nimetatud kategooriatesse.

Arvatakse, et näiteks IEC 61850-8-1 protokoll võib pakkuda vähem juhtmeid ja kaableid, mis loomulikult mõjutab ainult riistvara konfiguratsiooni lihtsust. Kuid peamine probleem, nagu selgub, on see, et mitte kõik administraatorid ei saa vastuvõetud andmeid töödelda ka siis, kui on olemas vastavad tarkvarapaketid. Ma loodan, et see on ajutine probleem.

Rakendustarkvara

Sellest hoolimata, isegi sellist tüüpi programmide füüsiliste põhimõtete vääritimõistmise korral saab IEC 61850 emuleerimist teostada mis tahes operatsioonisüsteemis (isegi mobiilsides).

Arvatakse, et juhtkond või integreerijad kulutavad alajaamadelt pärinevate andmete töötlemiseks palju vähem aega. Selliste rakenduste arhitektuur on intuitiivne, liides on lihtne ja kogu töötlemine seisneb ainult lokaliseeritud andmete kasutamises ja tulemuse automaatsel väljundil.

Selliste süsteemide puudusi võib seostada ainult seadmete P3A (mikroprotsessorsüsteemid) üle hinnatud kuludega. Seega on massimõistmine võimatu.

Praktiline rakendus

Enne seda öeldi kogu IEC 61850 protokolliga seotud teoreetiline teave. Kuidas see praktikas toimib?

Oletame, et meil on kolmefaasilise võimsusega elektrijaam (alajaam) ja kaks mõõtmissisendit. Standardse loogilise sõlme määratlemisel kasutatakse MMXU nime. Standardi IEC 61850 puhul võib olla kaks: MMXU1 ja MMXU2. Iga selline sõlme võib sisaldada ka täiendavat prefiksit identifitseerimise lihtsustamiseks.

Näiteks on modelleeritud XCBR-põhise sõlme. See on tuvastatud mõnede põhiliste operaatorite kasutamisega:

• Loc - kohaliku või kaugema asukoha määratlus;
• OpCnt - teostatud (teostatud) operatsioonide loendamise tehnika;
• Pos - operaator, kes vastutab asukoha eest ja sarnaneb Loc parameetritega;
• BlkOpn - käsk lukustuse blokeerimise keelamiseks;
• BlkCls - lubage lukk;
• CBOpCap - valib lüliti tööreziimi.

Sellist CDC-andmeklasside kirjelduse klassifikatsiooni kasutatakse peamiselt modifitseerimissüsteemides 7-3. Kuid isegi sel juhul põhineb konfiguratsioon mitme omaduse kasutamisel (FC - funktsionaalsed piirangud, SPS - ühtse kontrollpunkti seisund, SV ja ST - asendussüsteemide omadused, DC ja EX - kirjeldus ning laiendatud parameetri määratlus).

SPS klassi määratluse ja kirjelduse puhul sisaldab loogiline kett stVal omadusi, kvaliteet on q ja praegused ajaparameetrid on t.

Sel viisil muudetakse andmeid Etherneti sidetehnoloogiate ja TCP / IP-protokollide abil otse MMS-i objekti muutujasse, mis seejärel identifitseeritakse määratud nimega, mis toob kaasa praeguse indikaatori tõese väärtuse.

Lisaks on IEC 61850 protokoll iseenesest ainult üldine ja isegi abstraktne mudel. Kuid selle põhjal kirjeldatakse elektrisüsteemi mis tahes elemendi struktuuri, mis võimaldab mikroprotsessori kiipidel täpselt identifitseerida kõiki selles piirkonnas osalevaid seadmeid, sealhulgas neid, mis kasutavad energiasäästlikke tehnoloogiaid.

Teoreetiliselt saab protokollivormingut muuta MMS-i ja ISO 9506 standardite alusel mis tahes tüüpi andmetele. Kuid miks valiti juhtimisstandard IEC 61850?

See on seotud ainult vastuvõetud parameetrite usaldusväärsusega ja lihtsa tööprotsessiga, mille abil määratakse teenuse keerukad nimed või mudelid.

Selline protsess ilma MMS-protokolli kasutamiseta osutub väga aeganõudvaks isegi siis, kui luuakse selliseid päringuid nagu "lugemis-kirjutamise aruanne". Ei, muidugi võite seda tüüpi konversioone teha ka UCA arhitektuuri jaoks. Kuid nagu näitab praktika, on see IEC 61850 standardi rakendus, mis võimaldab aja jooksul teha palju pingutusi ja kulutusi.

Andmete kontrollimisega seotud probleemid

Kuid see süsteem ei piirdu ainult saatmisega. Sisseehitatud mikroprotsessorsüsteemid võimaldavad andmevahetust mitte ainult alajaama tasandil ja keskjuhtimissüsteemides. Nad saavad andmeid üksteisega töödelda asjakohase seadme juuresolekul.

Näide on lihtne: elektrooniline kiip edastab andmeid voolu või pinge kohta kriitilises piirkonnas. Seega võib mis tahes muu pinge languse alussüsteem võimaldada või keelata täiendava elektrisüsteemi. Kõik see põhineb füüsika ja elektrotehnika standardseadustel, aga see sõltub praegusest. Näiteks on meil standardpinge 220 V. Euroopas - 230 V.

Kui vaatate kõrvalekallete kriteeriume, siis endises NSVLis on see +/- 15%, samas kui arenenud Euroopa riikides on see mitte rohkem kui 5%. Pole üllatav, et kaubamärgiga Lääne tehnoloogia lihtsalt ei toimi elektrivõrgu pinge kõikumise tõttu.

Ja ilmselt ei ole vaja öelda, et paljud meist jälgivad hoovis nõukogude Liidu ajal ehitatud transformaatorikabiini kujul olevat hoone. Kas te arvate, et saate selle paigaldada või ühendada erikaablite abil informatsiooni transformaatori oleku kohta? See on nii, see pole nii!

Standardis IEC 61850 põhinevad uued süsteemid võimaldavad täieliku kontrolli kõigi parameetrite üle, kuid selle laiaulatusliku rakendamise ilmselge võimatust tõrjub vastavaid teenuseid nagu "Energosbytov" selle taseme protokollide kasutamisel.

Selles ei ole midagi üllatavat. Ettevõtted, kes levitavad tarbijate vahelist elektrit, võivad lihtsalt kaotada kasumi või isegi soodustused turul.

Kogusumma asemel

Üldiselt on protokoll ühelt poolt lihtne, teiselt poolt - väga raske. Probleemiks pole isegi see, et tänapäeval vastavat tarkvara pole, aga kogu NSV Liidule päritud elektrienergia kontrolli süsteem just ei ole selleks valmis. Kui arvestada hooldustöötajate madalat kvalifikatsiooni, ei saa olla kahtlust, et keegi suudab õigeaegselt probleeme juhtida või kõrvaldada. Meilegi on see nii nagu see on heaks kiidetud? Probleem? Me eemaldame mikrorajooni. See on kõik.

Kuid käesoleva standardi rakendamine võimaldab vältida selliseid olukordi, rääkimata ventilaatori katkestustest.

Seega jääb ainult teatud tulemuste kokkuvõte. Mida tähendab lõppkasutaja IEC 61850 protokolli jaoks? Lihtsamalt - see on katkematu toiteallikas, millel puudub võrgupinge. Pange tähele, et kui arvutiterminal või sülearvuti ei ole mõeldud katkematu vooluallika või pinge regulaatori kasutamiseks, võib tõus või hüpata käivitada süsteemi viivitamatu sulgemise. Olgu, kui peate taastama programmi tasemel. Ja kui mälupesad põlevad või kõvaketas suudab, mida peaksime siis tegema?

See on loomulikult eraldi uurimisvaldkond, kuid standardid, mida praegu elektrijaamades kasutatakse praegu sobiva raua ja tarkvara diagnostika abil, on võimelised kontrollima peaaegu kõiki võrgu parameetreid, vältides olukordi, kus esineb kriitilisi tõrkeid, mis võivad viia mitte ainult kodumasinate rikete hulka , Aga ka kõikide kodukõneühenduste rikete osas (teadaolevalt on see kavandatud mitte üle 2 kW standardpingel 220 V). Seega, kui korraga on külmkapp, pesumasin või boileri vee soojendamiseks, mõelge sada korda, kui õigustatud on.

Kui need protokolli versioonid on seotud, rakendatakse allsüsteemi sätteid automaatselt. Ja suurim ulatus see puudutab sama 16-amprilaste kaitsmete tööd, mida 9-korruselised elanikud mõnikord ise installivad, möödaminnes selle eest vastutavad teenistused. Kuid probleemi hind on ilmselt palju suurem, sest see võimaldab teil ületada mõningaid piiranguid, mis on seotud ülalnimetatud standardi ja sellega kaasnevate eeskirjadega.